JPH01144523A - セラミックス系超電導線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は超電導線の製造方法に係り、特にセラミックス
系超電導線の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、特に昨年の秋以降、セラミックス超電導体の開発
が世界中で急ピッチで進められている。

この超電導体は、従来の最高の臨界温度を示すＮｂ３Ｇ
ｅの２３にを大巾に越えるもので、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−
０系セラミツクス（臨界温度３５に）　、Ｌａ−３ｒ−
Ｃｕ−０系セラミツクス（超電導開始温度３７に以上）
、Ｌａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系セラミツクス、Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０系セラミツクス（ゼロ抵抗温度９３に）等のほか
、本年に入って２３３にあるいは３００に以上の臨界温
度を示すセラミックスも報告されている。

このようにセラミックス超電導材料は臨界温度が液体窒
素温度以上や室温で用いることができる可能性があり、
この場合、高価な液体ヘリウムを使用しなくて済むため
、経済的に極めて有利となるほか、超電導発電機等に使
用されると構造がシンプルで熱機関の効率も向上する等
の利点を有する。

しかしながら、セラミックスは硬くて、かつ脆いため、
現在実用化されているＮｂ−Ｔｉ系やＮｂ３　Ｓｎ系超
電導線のように曲げたり、あるいはコイル巻きすること
ができず、この点を克服することが実用化への第１歩と
なる。

現在線材の製造方法として、 ■アモルファスのテープあるいは線材を酸素雰囲気下で
加熱処理する方法、 ０合金管（たとえばＣｕ−Ｎｉ合金）の内部に原料の粉
末を充填し、両端を引張って縁材やテープ状に成形する
方法、 ■銅系合金管内にセラミックスを充填し、熱処理および
圧延加工等を施して線材やテープ状に成形する方法、等
が提案されている。

しかしながら、上記■の方法においては、極めて急速な
冷却を必要とする上、極めて細い線材や薄膜のテープし
か得られず、実用線材を得る方法としては、難点を有し
ており、上記■の方法では長尺の線材を連続的に製造す
ることが困難であり、上記■の方法では線材の定長が当
初の銅合金管の外径によって制限される上、加工工程が
複雑となる難点がある。この場合、セラミックス超電導
体生成の熱処理は、超電導特性向上の観点から成形後、
すなわち最終線径近傍で施すことが望ましいが、銅系合
金管で被覆されているため成形後に内部に酸素を供給す
ることが極めて困難であり、実際上不可能である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の難点を解決するためになされたもので
、アモルファス化のための急速冷却を必要とせず、長尺
の線材を容易に製造することができる上、酸化性雰囲気
中での熱処理を長尺の線材の状態で施すことができ、か
つ高い臨界電流密度の実用線材を製造することが可能な
セラミックス系超電導線の製造方法を提供することをそ
の目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明のセラミックス系超電導線の製造方法は、 （イ）セラミックファイバの外周にセラミックス超電導
物質あるいは酸化性雰囲気中で加熱することによりそれ
を生成する構成物質を被着する工程と、 （ロ）次いで前記被着物質を焼結する工程と、（ハ）こ
の焼結層の外周に導電性セラミックスあるいは導電性高
分子材料よりなる安定化材を被覆する工程とからなるこ
とを特徴としている。

上記のセラミックファイバとしては炭化ケイ素（ＳｉＣ
）系あるいは酸化物系のものを用いることができる。

これらのファイバは連続長繊維で、１０００〜１３００
℃以上の高い耐熱性と２００〜２５０ｋｌ）／−以上の
引張強さを有しており、その平均直径はたとえば１０〜
１３μｌφと極めて小さいものがあり、もちろんこれよ
り大径のものを用いることもできる。前者のＳｉＣ系フ
ァイバとしては、たとえばチラノ１１１維（宇部興産株
式会社製５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−０系ファイバ商品名）やニカ
ロン（日本カーボン株式会社製ＳｉＣ系ファイバ商品名
）をあげることができ、後者の酸化物系ファイバとして
はサフィル（英国ＩｍｐｅｒｉａｌＣｈｅｉｉｃａｌ　
Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　ＰＬＣ−ＩＣＩ製ＡＩ２０１フ
ァイバ商品名）等の他５１０２系ファイバを用いること
ができる。

上記のファイバはその体積固有抵抗が１０’　ＱＣｒａ
以下であることが好ましい０体積固有抵抗が上記の範囲
であると臨界温度以上に超電導線の温度が上昇したとき
に、電流がファイバ内を流れ易くなり破壊し難くなるた
めである。体積固有抵抗が高いと臨界温度以上になった
ときに端子電圧が上昇し破壊し易くなる０体積固有抵抗
が小さければロスの発生も少なく好都合である。

ファイバの外周に被着される超電導物質としては、たと
えばｙａａ　２　Ｃｕ３　ｏｘ　（ｘ　＜　１４　：ペ
ロブスカイト）やこれにＦ等を添加したものが、一方、
酸化性雰囲気中での熱処理によりセラミックス超電導物
質を生成する構成物質としては、たとえばＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ系合金（Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ　＝１：２：３　、原子数比
）やＹ、　Ｂａ、　Ｃｕあるいはこれらの酸化物、炭酸
塩等の混合粉末が用いられ、これらの融液中にセラミッ
クファイバを浸漬することによりその外周に、たとえば
０．１〜２０μｍ程度に被着される。もちろん、他のセ
ラミックス系の超電導物質やそれを生成する構成物質を
用いることもできる。

なお上記の融液状態からの被着の他、気相あるいはイオ
ン状態で被着させることもできる。このような方法とし
てはプラズマ放電、蒸着、溶射やスパッタリング法等が
あげられる。

セラミックス超電導物質の焼結層の生成は、酸素気流中
あるいは酸素加圧下で酸化調整しながら７００〜１ｏｏ
ｏ℃に加熱して、特性の改善が図られる。

この焼結層の外側に安定化材が被覆されるが、この安定
化材としては、導電性セラミックスや導電性高分子材料
が用いられる。前者の導電性セラミックスとしては、Ｔ
ｉＣ，ＮｂＣ，ＷＣ，ＴａＣ，ＺｒＢ、ＢＮ、　ＺｒＮ
等の痺化物、ホウ化物や窒化物があり、一方後者の導電
性高分子材料としてはポリアセチレンやポリピロール等
をあげることができる。これらの安定化材はその体積固
有抵抗が１０５Ωｃｍ以下であることが好ましい、その
理由はセラミックファイバの場合と同様であるが、特に
導電性セラミックスを用いた場合には線材の構成部材の
熱膨張の差を小さくすることができ熱的影響に対して極
めて有利となる。

安定化材の被覆は、超電導物質の被着と同様に溶融、気
相あるいはイオン状態で施すことができる。上記の安定
化材の外側に通常絶縁被膜が施される。絶縁被膜として
は有機あるいは無機材料が用いられ、前者の有機絶縁被
膜としてはｕｖ硬化ウレタン樹脂やＰＶＦエナメルを、
一方後者の無機絶縁被膜としてはアルミナやポリボロシ
ロキサン樹脂等をあげることができる。

（作用） 本発明の方法においては、セラミックファイバの外側に
セラミックス超電導物質あるいは酸化性雰囲気中で加熱
することによりそれを生成する構成材料が被着された後
焼結するため、長尺の線材を容易に製造することができ
、かつファイバがセラミックスよりなるため超電導物質
との熱膨張の差も小さく、かつ密着性も良好である。

すなわち上記の良好な密着性の達成とセラミックスの加
工を不要としたことにより、長尺線材の製造を可能にす
る。

（実施例） 以下本発明の実施例について説明する。

実施例１ 外径１２μ■φのＳｉＣ系セラミックファイバ（チラノ
繊維；宇部興産株式会社製５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−０系ファイ
バ商品名）を、第３図に示すように白金または石英より
なる溶融ルツボ１中に通過せしめてその外周にＹＢａ２
Ｃｕ、合金を被着する。このルツボ１は外部ヒータ２に
より加熱されており、内部に収容されたＹＢａ２　Ｃｕ
ｉ合金３を溶融状態に保持する。

被着層の厚さは５〜６μｍである。

上記のセラミックファイバ４は下部ガイドリール５を介
してルツボ１の下部に配置されたインサート６の通孔を
通ってルツボ内を通過せしめられ、ダイス７によりその
外周に所定厚さの融液が被着される。上記のインサート
６およびダイス７はＮＯまたはＮｉ−Ｃｒ、−Ａｌ系合
金等で作成されている。

次いで２ｋｇｆ／ｃ（以下の酸素気流中で７００〜ｉｏ
ｏ。

℃に加熱してセラミックス超電導物質の焼結層を形成す
る。この焼結工程は上記の被着工程に続いて連続的に行
うことも可能である。

焼結後の線材はその外周に■ｉｄ等の導電性セラミック
スがスパッタリングにより被着された後、最後にこの安
定化層の外側に有機絶縁塗料、たとえばホルマールワニ
スの塗布焼付層が形成される。

上記の導電性セラミックス層は安定化材として機能させ
るためと機械的保護の目的で施されるものである。

このようにして製造されたセラミックス超電導ｍ１０は
第１図に示すように、セラミックファイバ１１の外周に
セラミックス超電導物質の焼結層１２、安定化層１３お
よび絶縁層１４が順次形成された構造を有する。

実施例２ 外径１０μｍφのＳｉＣファイバ（ニカロン；日本カー
ボン株式会社製商品名）の外周に、ＹＢａ２　Ｃｕｔ　
Ｏｘ　（ｘ　＜　１４）からなるセラミックスをスパッ
タリング法により５〜６μｍの厚さに被覆した０次いで
９５０℃の酸化性雰囲気中で加熱して上記のセラミック
スを焼結した後、この外周にＴｉＣを蒸着した。このよ
うにして得られた線材を１０００本束ねた集合線の臨界
温度（Ｔｃ　）を測定した結果を第２図に示す。

さらに上記の集合線の臨界電流密度（Ｊｃ　）を測定し
た結果はＪｃ＝２０００＾／ｄ　（７７Ｋ　）を示しな
。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明のセラミックス系超電導線の製
造方法によれば、セラミックファイバの外側にセラミッ
クス超電導物質の焼結層およびセラミックスあるいは高
分子材料よりなる安定化材を順に形成することにより、
長尺の機械的および電気的に安定した線材を容易に製造
することができるとともに１．高い電流密度の超電導線
を得ることができる。

本発明によって製造された超電導線は可撓性に優れるた
め、これらの複数本を用いて集合線、撚線あるいは編組
線を容易に形成することができ、このようにして得られ
た線材をコイル巻きした後、エナメルワニスを含浸して
超電導マグネットを製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によって製造されたセラミックス
超電導線の一実施例を示す断面図、第２図はその臨界温
度を示すグラフ、第３図はその製造装置の概略図である
。 １・・・・・・・・・溶融ルツボ ３・・・・・・・・・ＹＢａ　２　Ｃｕ１合金融液４．
１１・・・セラミックファイバ ７・・・・・・・・・ダイス １０・・・・・・・・・セラミックス超電導線１２・・
・・・・・・・セラミックス超電導物質の焼結層１３・
・・・・・・・・安定化層 １４・・・・・・・・・絶縁層 出願人　　　　　昭和電線電纜株式会社代理人　弁理士
　須　山　佐　− （ほか１名） １１図 温度ＴＬＫＩ 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）（イ）セラミックファイバの外周にセラミックス
   超電導物質あるいは酸化性雰囲気中で加熱することによ
   りそれを生成する構成物質を被着する工程と、 （ロ）次いで前記被着物質を焼結する工程と、（ハ）こ
   の焼結層の外周に導電性セラミックスあるいは導電性高
   分子材料よりなる安定化材を被覆する工程とからなるこ
   とを特徴とするセラミックス系超電導線の製造方法。
2. （２）セラミックファイバは、炭化ケイ素系あるいは酸
   化物系ファイバである特許請求の範囲第１項記載のセラ
   ミックス系超電導線の製造方法。
3. （３）セラミックファイバは、その体積固有抵抗が１０
   ＾５Ωｃｍ以下である特許請求の範囲第２項記載のセラ
   ミックス系超電導線の製造方法。
4. （４）導電性セラミックスあるいは導電性高分子材料よ
   りなる安定化材は、その体積固有抵抗が１０＾５Ωｃｍ
   以下である特許請求の範囲第１項または第２項記載のセ
   ラミックス系超電導線の製造方法。
5. （５）超電導物質は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系セラミック
   スである特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
   １項記載のセラミックス系超電導線の製造方法。
6. （６）超電導物質あるいはその構成物質の被着は、溶融
   状態で施される特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
   ずれか１項記載のセラミックス系超電導線の製造方法。
7. （７）超電導物質あるいはその構成物質の被着は、気相
   あるいはイオン状態で施される特許請求の範囲第１項な
   いし第５項のいずれか１項記載のセラミックス系超電導
   線の製造方法。